En comparación con otros Polímeros orgánicos ordinarios, LCP tiene una orientación Molecular remota unidimensional o bidimensional única, compatible con las características de polímeros y cristales líquidos, lo que le permite tener excelentes propiedades como alta resistencia al calor, alto módulo, baja viscosidad de fusión, coeficiente de expansión térmica muy pequeño, baja pérdida dieléctrica y alta resistencia, y se está desarrollando extremadamente rápido.
Los científicos han mejorado continuamente en términos de síntesis y parámetros de proceso, promoviendo el desarrollo continuo de la ingeniería de polímeros LCP y la química de polímeros, mientras que el rendimiento y el costo se han optimizado constantemente. Dupont, serranis, Japan baoli, China prit, China water, China jujia y otras empresas tienen más de 30 tipos de productos en resina lcp, fibra y película.
Estos productos son ampliamente utilizados en comunicaciones 5g, plug - ins, interruptores, relés, estructuras de cables ópticos, materiales compuestos, manipuladores, componentes de bomba / válvula, piezas funcionales y otros campos, promoviendo constantemente el desarrollo de la tecnología LCP y la tecnología de industrias relacionadas.
En la actualidad, los materiales LCP han logrado grandes avances en la investigación de propiedades y el desarrollo de aplicaciones, pero todavía hay poca literatura sobre la discusión sistemática de lcp. Este artículo resume la clasificación, el campo y la situación actual de la investigación de materiales LCP en el país y en el extranjero, y espera con interés las tendencias de desarrollo futuras.
Clasificación de polímeros líquidos
La mayoría de los compuestos de cristal líquido están compuestos por moléculas en forma de barra, con dos características de estructura molecular:
(1) la Geometría molecular es simétrica y la relación longitud - diámetro (l / d) es generalmente superior a 4;
(2) hay interacciones isotrópicas entre moléculas. El primero juega un papel importante en los cristales líquidos poliméricos, mientras que el segundo juega un papel clave en los cristales líquidos de moléculas pequeñas. La estructura molecular de la mayoría de las moléculas de cristal líquido es
De acuerdo con las condiciones de formación del lcp, se puede dividir en LCP soluble y LCP térmico. El LCP soluble es cristalino líquido en una cierta concentración de disolvente, y el LCP térmico es cristalino líquido a una cierta temperatura. Según la estructura química, el LCP se puede dividir en siete categorías: tipo de cadena principal, tipo de cadena lateral, tipo de concha, tipo de cadena lateral principal compuesta, tipo de red, tipo tazón y tipo estrella. De acuerdo con la disposición de las moléculas de cristal líquido en el espacio, se puede dividir en fase nemática, fase de columna en forma de disco, fase de cristal cercano y fase de colesterol.
Los tres métodos de clasificación se cruzan entre sí, la cadena principal LCP puede incluir LCP soluble o LCP térmico, y la cadena principal LCP o LCP lateral también puede incluirse en el LCP térmico.
1 LCP soluble
El polímero líquido cristalino soluble contiene un polímero de cadena semirígida, que produce una fase cristalina dentro de un disolvente adecuado y un cierto rango de concentración. Hay dos tipos comunes de LCP solubles, uno es el LCP biodegradable, como polipéptidos, celulosa, adn, etc. El otro es la síntesis de LCP solubles, como LCP de poliarbonamida y LCP de heterociclo de poliarbonamida.
Bajo la rigidez de la cadena molecular y la fuerte atracción mutua entre las moléculas, la fibra LCP preparada tiene una orientación unidimensional de la cadena principal. la fibra LCP preparada tiene excelentes propiedades como Alta resistencia, alto módulo, alta resistencia al calor, resistencia a la radiación y resistencia al envejecimiento, y es ampliamente utilizada en la industria de fibra de alto rendimiento.
La solución de polímero líquido tiene baja viscosidad, bajo consumo de energía para la formación de películas y el hilado. en 1972, la compañía estadounidense DuPont logró la comercialización del aramida "rey de la fibra" (poliamida totalmente aromática, kevlar). este producto tiene excelentes propiedades de alta resistencia, alto módulo y alta temperatura, y es ampliamente utilizado en chalecos antibalas, neumáticos y estructuras de aviones. Sobre esta base, he y otros desarrollaron aún más fibras de P - benzodiazol (pbzt) y Polifenileno benzodiazol (pbo) con mayor resistencia a la temperatura, cuya estructura se muestra en la imagen.
Modelo LCP inducido por la disolución de Heterociclos de poliarilo
2 LCP térmica
El LCP térmico va a la zaga del LCP soluble y pertenece a un plástico especial de ingeniería, que tiene excelentes propiedades como mayor resistencia mecánica, menor viscosidad de fusión, bajo coeficiente de expansión térmica y baja pérdida dieléctrica. no solo se puede hacer fibra de alta resistencia y Alto módulo, sino también moldeo por inyección / extrusión de piezas fundidas de precisión. Durante el proceso de fusión, el LCP termoinducido es propenso a la orientación de la cadena molecular y produce algunas estructuras de microfibra, lo que hace que el material tenga una morfología y propiedades similares a los materiales de refuerzo de fibra, por lo que también se llama "plástico autoaislante", que avanza rápidamente en la industria y representa que el producto es poliéster totalmente aromático.
El LCP térmico típico tiene aproximadamente tres estructuras representativas, como se muestra en la imagen. Entre ellos, la temperatura de fusión de LCP de clase i, LCP de clase II y LCP de clase III es de 285 a 355 grados celsius, 180 a 260 grados Celsius y 64 a 215 grados celsius, respectivamente.
Los principales monómeros sintéticos del LCP tipo I son el ácido P - hidroxibenzoico, el ácido tereftálico, 4,4 '⁃ bifenileno, que tiene buena resistencia al calor, pero poca procesabilidad. los principales productos comercializados son la serie xydar de Solvay Advanced Polymers y la serie ekonol de sumitomo.
Los monómeros de LCP de clase II son ácido 6 - hidroxi - 2 - naftálico y ácido P - hidroxibenzoico. el efecto de "paso lateral" producido por el anillo de naftaleno reduce la rigidez de los segmentos moleculares, y la resistencia al calor y la procesabilidad están entre las categorías I y III. Los principales productos comercializados son la serie Vectra de polyplastics.
Los monómeros LCP de clase III son tereftalato de polietileno y copolímero de ácido P - hidroxibenzoico. debido al aumento de la estructura alifática y los segmentos flexibles de la cadena principal, se producirán descomponimientos e hidrolizaciones obvias a temperaturas más altas. la resistencia a la temperatura y la humedad es pobre, pero la procesabilidad es buena. los principales productos comerciales son la serie rodrun de unitika.
Como material polimérico isotrópico, LCP tiene las ventajas de procesamiento de buena fluidez de procesamiento y baja presión de moldeo, y puede ser compatible con los procesos tradicionales de moldeo por inyección, extrusión, dibujo y otros procesos de moldeo. los productos preparados tienen excelentes propiedades como alta resistencia a la tracción y buena tenacidad.
1 proceso de extrusión
La extrusión ocupa un lugar importante en el procesamiento de plásticos y es uno de los principales métodos de procesamiento y moldeo de polímeros. En 1845, Richard brooman y Hen Ray bewley de Inglaterra desarrollaron con éxito la primera extrusión de tapón de columna del mundo, y en 1876, William Kiel y John prior de los Estados Unidos desarrollaron con éxito la primera extrusión de tornillo único. Después de un siglo y medio de desarrollo, más del 60% del total de productos plásticos se forman por extrusión.
La extrusión de LCP también ha atraído una gran atención, y los resultados de estudios como tchoudakov muestran que aumentar la temperatura de procesamiento o la tasa de corte aumentará la resistencia eléctrica de LCP / negro de carbono; Filipea y otros estudios han demostrado que el módulo de elasticidad y la viscosidad integral de LCP / PP disminuyen a medida que avanza el tornillo. Zhang y otros estudios han demostrado que los rellenos de cerámica nanométrica pueden mejorar significativamente la compatibilidad de los materiales compuestos LCP nylon 6.
2 proceso de moldeo por inyección
El moldeo por inyección tiene las ventajas de un tamaño preciso del dispositivo, una alta viabilidad de producción de productos estructurales complejos, un alto grado de automatización y un ciclo corto. es un importante método de procesamiento de productos plásticos y tiene una amplia aplicación en automóviles, electrónica y electrodomésticos, medicina y otros campos.
El proceso de moldeo por inyección incluye pasos complejos como el cierre de moldes, la inyección, la presión, el enfriamiento, la apertura de moldes y la expulsión. el producto es propenso a defectos como agujeros de contracción, patrón de plata, deformación, burbujas y grietas fundidas. sin embargo, con los esfuerzos continuos de los técnicos, nuevos equipos y tecnologías como el moldeo por inyección microporoso, El moldeo por inyección nanométrico, el moldeo por inyección electromagnético, el moldeo por inyección por espuma, el moldeo por inyección asistido por gas y el moldeo por inyección por vibración surgen sin cesar. los equipos de inyección por espuma microporosa como se muestra en la imagen pueden mejorar efectivamente la ligereza y funcionalidad del material.
Chen y otros estudiaron el efecto de la fibra de vidrio y el LCP en el número de ciclos de materiales compuestos reforzados con polipropileno a través del moldeo por inyección. los resultados mostraron que después del moldeo por inyección de ciclo múltiple, la resistencia a la tracción del moldeo por inyección de ciclo reforzado con fibra de vidrio disminuyó en un 50%, y Las propiedades de refuerzo del LCP no cambiaron significativamente. Estudios como Li han demostrado que menos del 10% de LCP puede aumentar la resistencia a la tracción de pa en un 17,7% y la resistencia al impacto en un 45,5%.
Proceso de formación de 3 fibras
Las fibras poliméricas LCD se dividen en dos categorías principales: fibras LCP solubles y fibras LCP térmicas. Las fibras LCP solubles tienen excelentes propiedades como resistencia a la corrosión química, resistencia al envejecimiento climático y resistencia a la radiación, y son ampliamente utilizadas en la industria militar, aeroespacial, civil y otros campos, como la poliamida aromática industrializada por DuPont en 1972 y la fibra de PPP - benzobisoxazol industrializada por toyobo en 1998.
Al mismo tiempo, las fibras LCP térmicas también se han desarrollado rápidamente, con un excelente rendimiento en resistencia a los rayos ultravioleta, compatibilidad de teñido, resistencia mecánica y resistencia al desgaste, y se han aplicado en aeroespacial, barcos pesados, cuerdas especiales, etc., como las fibras vectranht lanzadas por kuraray en 2008, las fibras LCP crustáceos con mayor calor de investigación, etc. Además, para optimizar el proceso de dibujo de LCP o compuestos adicionales de diferentes materiales, apareció el proceso de mezcla de fibras, como se muestra en la imagen.
Kim y otros estudiaron el efecto del LCP en las propiedades de las fibras de poli (2,6 - naftaleno dicarbonato de etilenglicol), y los resultados mostraron que la introducción de una pequeña cantidad de LCP puede mejorar en gran medida la estabilidad térmica de las fibras, mientras que parámetros como la relación de tracción, la velocidad textil y el método de calentamiento también tienen un mayor impacto en las propiedades mecánicas de las fibras. Choi y otros estudiaron el efecto del LCP en las propiedades de las fibras de tereftalato de polietileno. los resultados mostraron que el LCP tiene una buena compatibilidad con el tereftalato de polietileno. con el aumento del contenido de lcp, la resistencia a la tracción / módulo de las fibras aumenta constantemente.
1 Aplicación y situación actual de LCP en el campo de las comunicaciones
En los últimos años, con el rápido desarrollo de las industrias electrónicas como la comunicación móvil de datos, la automatización industrial y la aeroespacial, el flujo de datos transportado por la interconexión de todas las cosas ha aumentado, lo que también plantea nuevos requisitos para equipos electrónicos y materiales básicos relacionados. Como placa de circuito impreso (pcb) que lleva la transmisión de información, desde los MHz de 4G hasta los GHz de 5G y las frecuencias más altas en el futuro, los desafíos se han actualizado gradualmente y se han desarrollado constantemente hacia la Alta frecuencia, la alta velocidad y la digitalización.
El estudio muestra que para garantizar la transmisión de información a alta velocidad y la baja latencia, además de la baja pérdida de transmisión de cobre requerida, también se requiere que el material del sustrato de PCB tenga una baja pérdida de transmisión dieléctrica (tld), y la relación entre la pérdida de transmisión dieléctrica y la frecuencia, la constante dieléctrica de la placa (dk) y la pérdida dieléctrica de la placa (df) se muestra en la fórmula. Se puede ver que la reducción de la placa DK y DF puede reducir efectivamente la pérdida de transmisión dieléctrica y garantizar la transmisión de alta velocidad de la señal.
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